如果真的存在外星智慧文明，他们会向地球发送怎样的信号？
近日，爱丁堡大学物理学家阿尔琼贝瑞拉（Arjun Berera）和杰米卡尔德隆-菲格罗亚（Jamie Calderón-Figueroa）提供了一种新的思路。
两位科学家利用数学计算表明，跨越星际空间的量子通信应该是可能的。在发表于《物理评论D》上的论文中，他们详细介绍了他们的计算结果并认为，光的粒子，也就是光子，可以在巨大的星际距离上传输，而不会失去其量子性质。这一结果意味着，科学家在寻找外星信号时也可以尝试搜寻量子信息。
量子通信
在过去数年间，科学家一直在研究将量子通信作为一种高度安全的信息传输形式的可能性。
顾名思义，量子通信技术就是借助量子粒子（比如光的量子特性）来发送信息。量子力学的基本原理则保证了量子信息几乎不可能在不被发现的情况下被拦截。因此这种技术被认为比经典通信更安全，保密程度更高。
量子通信离不开相干，也就是传输光子的频率和波形的一致性。然而，任何外部的相互作用都会破坏这种状态。当量子粒子与路径上的障碍物相互作用时，它们会失去部分甚至全部的独特特性，这类事件被称为退相干。这意味着量子状态相当脆弱，甚至过于脆弱了。这正是量子通信面临的最大问题之一。致力于建立量子通信网络的科学家和工程师一直在努力找到克服这一问题的方法。
但科学家也注意到，恒星之间的太空空间相当“干净”，换言之，太空中物质的平均密度比地球上要小得多。因此可以预期，在太空中，粒子在发生退相干前理应可以走得更远。
跨越星际空间
但这足以能够让量子通信跨越星际空间吗？毕竟引力场或星际气体也可能引起退相干。在新研究中，研究人员就利用数学计算对这一问题展开了调查，并得到了肯定的答案。
研究人员使用了描述X射线在介质中运动的数学方法。更具体地说，他们想看看光（特别是X射线）能够在星际空间中无损地穿行多远，而他们的计算又是否能显示在这样的旅程中退相干可能发生的程度。
数学结果表明，X射线的光子不止可以穿越银河系，它甚至有可能穿行数十万光年抑或更远，而不会受到退相干的影响，这还包括了来自天体的引力干扰。
他们在研究中还指出，除了X射线的光子之外，光学波段和微波波段的光子也有着同样很好的效果。
外星文明的沟通方法？
有趣的是，在论文中，两位科学家还描述了外星生物试图用这种信号与我们交流的可能性。他们表示，鉴于量子通信可以跨越银河系，如果银河系或者更远的地方存在其他智慧生物，那么它们可能已经在尝试使用这种技术和我们沟通。
而从原理上来说，我们可以搜寻并探测到来自其他天体甚至外星智慧文明的这种量子信号。在论文中，研究人员还建议了可用于尝试“探听”这种信号的最有潜在吸引力的波长。
但同时，如果真的存在类似的信号，我们在识别并破译这种量子信号上可能也会面临挑战。将外星信号与天然来源的信号区分开来一直是个棘手的问题。但量子隐形传态，也就是作者认为最具吸引力的量子通讯形式，需要两个相干的信号，这可以把任何外星量子信息与天然源的信息区分开来。
作者写到：“在理解已经接收到的量子通讯信号时，一定免不了猜测和试错，尽管如此，人们至少会意识到这个信号看上去来自一个智慧源。”
#创作团队：
撰文：Takeko
排版：雯雯
#参考来源：
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.105.123033
https://phys.org/news/2022-07-mathematical-quantum-interstellar-space.html
https://www.iflscience.com/quantum-communication-could-be-the-best-way-to-communicate-with-aliens-64359
https://www.sciencenews.org/article/alien-quantum-communication-extraterrestrial-communication-signal
#图片来源：
封面图&首图：pxhere
